Vorrichtung zur Erzeugung von Hochleistungs-Hochspannungsimpulsen

Abstract

 Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochleistungs-Hoch­spannungsimpulsen für mehrere Verbraucher, insbesonde­re entladungsgepumpte Laser, unter Verwendung eines einzigen Schalters (S1) wird angegeben, die einen Schwingkreis aus einer Kapazität (C1), einer Indukti­vität (L1) und dem Schalter (S1) aufweist, bei dem die Kapazität (C1) parallel zur Reihenschaltung des Schal­ters (S1) mit der Induktivität (L1) liegt, und der über eine in Reihe zu dem Schwingkreis (S1, L1, C1) liegende sättigbare Induktivität (S2) mit den Verbrau­chern verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochleistungs-Hochspannungsimpulsen für mehrere Verbraucher, insbesondere TE-Laser, mittels eines ein­zigen Schalters.

[0002] Bei Impulslasern mit hohen Einzelpulsleistungen oder hohen Repetitionsraten müssen große Energien und Lei­stungen geschaltet werden, was mit bisherigen Schal­tern, insbesondere Thyratrons, nur bedingt möglich ist, da die für solche Impulslaser nötigen Schaltan­forderungen die Lebensdauer des Schaltelementes herab­setzen. Des weiteren ist für einen Oszillator-Verstär­ker-Betrieb eine Verzögerung der Entladungen der ein­zelnen Oszillator- bzw. Verstärker-Stufen gegeneinan­der von einigen Nanosekunden (ns) notwendig, welche keinen Jitter aufweisen darf. Dies läßt sich vorteil­haft erreichen, indem man einen gemeinsamen Schalter für zwei oder mehrere Entladungssysteme verwendet. Da­durch wird jedoch die Belastung des Schalters noch hö­her, wie es in den bisherigen Oszillator-Verstärker-­Systemen mit gemeinsamen Schalter der Fall ist.

[0003] Eine solche Oszillator-Verstärker-Schaltung, wie sie beispielsweise im Modell EMG 150 der Anmelderin reali­siert ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Die Speicher-­Kondensatoren K1, K2 werden in vergleichsweise langen Zeiten aufgeladen und durch Schließen des Schalters S in einigen 10 ns umgeladen. Diese Umladung führt zur Aufladung der Kondensatoren P1 und P2 und anschließend zur Zündung der Entladungen E1, E2. Der Stromdurchgang durch die Entladung muß bei vielen Lasergasen rasch hohe Werte erreichen, deshalb muß der Spannungsanstieg an den Kondensatoren schnell sein. Für den Schalter hat dies ein hohes und schädliches Anwachsen des Stro­mes di/dt zur Folge. Die Erzeugung der Verzögerung wird durch ungleiche Induktivitäten I1 und I2 in den Umladungskreisen und durch unterschiedliche Entla­dungskammern E1, E2, erzeugt.

[0004] Darüber hinaus sind aus der DE-A 32 40 372 und der DE-A 33 35 690 Schaltkreise mit verlangsamtem, das Schaltelement schonendem Verlauf und magnetisch sät­tigbaren Induktivitäten zur nachfolgenden Inpulsver­kürzung bekannt, die jedoch nur eine einzige Laserent­ladung speisen.

[0005] Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Lebensdauer eines hochbelasteten Schalters, über den mehrere Verbraucher gespeist werden, erheblich verlän­gert wird.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vor­richtung nach Anspruch 1 gelöst.

[0007] Vorteilhafterweise wird die Betriebszuverlässigkeit erhöht und ein Betrieb mit hoher Repetitionsrate (>500 Hz) und hoher Pulsleistung ermöglicht. Laserent­ladungen in mehreren Verbrauchern können gegeneinan­der um einige ns jitterfrei verzögert werden. Die Vorrichtung dient vorteilhafterweise zur Erzeu­gung von Hochleistungs-Hochspannungsimpulsen in Ver­brauchern, die eine Reihenschaltung aus einer zweiten Induktivität, einer zweiten Kapazität und einer Paral­lelschaltung aus einer Entladungsstrecke, einer dritten Kapazität und einer dritten Induktivität aufweisen.

[0008] Zur Erzielung einer zeitlichen Verzögerung der Hoch­spannungs-Hochleistungsimpulse in den einzelnen Ver­brauchern zueinander können die zweiten Kapazitäten, die zweiten Induktivitäten oder die dritten Kapazitä­ten vorteilhafterweise in jedem Verbraucher unter­schiedlich groß dimensioniert werden. Ebenso können die Entladungsstrecken unterschiedliche Gasdrücke oder Gaszusammensetzungen oder Entladungsgeometrien aufwei­sen, um die gewünschte zeitliche Verzögerung der ein­zelnen Verbraucher zueinander zu erzielen.

[0009] Parallel zu der sättigbaren Induktivität ist vorteil­hafterweise eine vierte Induktivität parallelgeschal­tet, die die nach der Entladung der Kapazitäten ver­bleibende Restladung zum Ladepunkt abführt.

[0010] Parellel zu den Entladungsstrecken liegende dritte In­duktivitäten verbinden die zweiten Kapazitäten gleich­spannungsmäßig mit Masse.

[0011] Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkei­ten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspan­nungsimpulsen nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Hochleistungs-­Hochspannungsimpulsen.

[0012] Fig. 2 zeigt eine Hochspannungsversorgung HV, die mit einem Schwingkreis verbunden ist. Dieser Schwingkreis weist eine Kapazität C1, eine Induktivität L1 und ei­nen Schalter S1 auf. Die Kapazität C1 ist zwischen die Hochspannungsversorgung HV und Masse geschaltet. Par­allel zu dieser Kapazität C1 liegt eine Reihenschal­ tung der Induktivität L1 und des Schalters S1.

[0013] An dem Punkt, an dem die Hochspannungsversorgung HV mit dem Schwingkreis C1, L1, S1 verbunden ist, ist eine sättigbare Induktivität S2 mit dem Schwingkreis verbunden. Parallel zu dieser sättigbaren Induktivi­tät S2 liegt eine vierte Induktivität L4.

[0014] Am anderen Ende der sättigbaren Induktivität S2 sind Verbraucher angeschlossen. Im vorliegenden Ausührungs­beispiel sind zwei Verbraucher gezeigt. Diese sind als "Oszillator" und "Verstärker" bezeichnet. Jeder Ver­braucher weist eine Reihenschaltung auf, in der eine zweite Induktivität L2, L3, eine zweite Kapazität C2, C3 und eine Parallelschaltung aus einer Entladungs­strecke E1, E2, einer dritten Kapazität C4, C5 und ei­ner dritten Induktivität L5, L6 hintereinander ge­schaltet sind.

[0015] Durch die Verwendung einer magnetisch gesättigten In­duktivität in der dargestellten abgewandelten Blüm­lein-Schaltung kann der Umladestrom durch den Schalter S1 in seinem Stromanstieg und in seinem Spitzenstrom reduziert werden, was zu einer Erhöhung der Lebensdau­er und zu einem zuverlässigen Schaltbetrieb führt. Durch die beiden Kapazitäten C2 und C3 läß sich eine Entkopplung der Entladungen in den Entladungsstrecken E1 und E2 voneinander erzielen. Durch die unterschied­liche Dimensionierung der Kapazitäten C4 und C5 kann ein unterschiedlicher Spannungsanstieg an den Elektro­den der Entladungsstrecken erreicht werden, was bei gleicher Durchbruchspannung (gleicher Elektrodenab­stand und gleicher Gasdruck) zu einer festen Verzöge­rung der Entladung zwischen den Entladungsstrecken E1 und E2 führt.

[0016] Anhand der in Fig. 2 dargestellten Schaltung wird nun die Wirkungsweise der Vorrichtung beschrieben. Nach

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Hochleistungs-Hoch­spannungsimpulsen für mehrer Verbraucher, insbe­sondere TE-Laser, unter Verwendung eines einzigen Schalters (S1), gekennzeichnet durch einen Schwingkreis aus einer Kapazität (C1), einer Induktivität (L1) und dem Schalter (S1), bei dem die Kapazität (C1) parallel zur Reihenschaltung des Schalters (S1) mit der Induktivität (L1) liegt, und der über eine in Reihe zu dem Schwingkreis (S1, L1, C1) liegende sättigbare Induktivität (S2) mit den Verbrau­chern verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (C1, L1, S1) mit Verbrauchern verbunden ist, die eine Reihenschaltung aus einer zweiten Induktivität (L2, L3) einer zweiten Kapazi­tät (C2, C3) und einer Parallelschaltung aus einer Entladungsstrecke (E1, E2), einer dritten Kapazität (C4, C5) und einer dritten Induktivität (L5, L6) auf­weisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Kapazitäten (C4, C5) zue Erzielung ei­ner zeitlichen Verzögerung der Hochleistungs-Hochspan­nungsimpulse in den einzelnen Verbrauchern zueinander unterschiedlich dimensioniert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die zweiten Kapazitäten (C2, C3) zue Er­zielung einer zeitlichen Verzögerung der Hochlei­stungs-Hochspannungsimpulse in den einzelnen Verbrau­chern zueinander unterschiedlich dimensioniert sind.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Induktivi­täten (L2, L3) zur Erzielung einer zeitlichen Verzöge­rung der Hochleistungs-Hochspannungsimpulse in den einzelnen Verbrauchern zueinander unterschiedlich di­mensioniert sind.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken (E1, E2) zue Erzielung einer zeitlichen Verzögerung der Hochleistungs-Hochspannungsimpulse in den einzel­nen Verbrauchern zueinander unterschiedliche Gasdrücke und/oder Gaszusammensetzungen und/oder unterschiedli­che Entladungsgeometrien aufweisen.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine zu der sättigbaren Induk­tivität (S2) parallelgeschaltete vierte Induktivität (L4), die die nach der Entladung der Kapazitäten ver­bleibende Restladung zu einem Ladepunkt (HV) abführt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Induktivitäten (L2, L3) zur Erzielung einer einstellbaren Verzögerung der Hochleistungs-­Hochspannungsimpulse in den einzelnen Verbrauchern vom Benutzer während des Betriebes variiert werden können.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Ver­brauchern um Quellen elektromagnetischer Strahlung be­liebiger Frequenz handelt.

Zeichnung